CN106026393B - 一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统及方法，中监控装置和LABVIEW控制平台间通过GSM模块进行通讯，监测装置(无人机)携带红外测温装置、高清摄像机，并对其进行编号，多个电线杆或一个台区配备一个监测装置或者一个装置一次进行多点巡视，视区域大小而定(台区和台区，所和所，局和局联动)，此时可以同步得到一个片区的监控数据，得到的数据通过GSM通讯模块进行传输，利用Labview搭建的处理平台实时获取和处理数据，近可测温度，传输线路问题，远可观线路全景运行情况(环境)，数据叠加存储，并进行分析预警。

Description

一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统及方法

【技术领域】

本发明属于电网监测技术领域，具体涉及一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统及方法。

【背景技术】

普通巡线方法是作业人员单点逐一巡视并携带红外测温仪对线路各点逐一进行单一的测温，效率低下，每次得到的数据只是一点的情况反映，不能清楚的反映整个线路的问题，定期的巡线工作不能及时获得线路的运行状态及外界环境情况，得到的监控数据都比较单一，未进行整合处理，对于线路的现场情况未能达到一个宏观可视化的视角，不能清楚的显示同杆架设等线路详细问题，且目前的巡线方法难以对电网下一时间段的运行状态进行风险预警。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统，包括无人机、设置于无人机上的监控装置以及LabVIEW后台监控系统，监控装置包括上位机以及均与上位机相交互的GPRS通讯模块、GPS定位模块、视频采集模块以及红外测温模块，上位机的控制端与无人机的执行机构相交互；LabVIEW后台监控系统包括与监控装置的GPRS通讯模块进行通讯的后台GPRS通讯模块、下位机以及LabVIEW监控平台；上位机通过GPRS通讯模块将红外测温模块采集到的温度信息发送给LabVIEW后台监控系统，LabVIEW后台监控系统根据采集到的温度信息对目标区域进行监测和预警。

本发明进一步的改进在于：

所述红外测温模块包括温度传感器、光学系统、光电探测器、信号放大器、信号处理电路以及显示输出单元；温度传感器采用VTIR5816型红外测温仪，温度区间为0～150℃，距离系数比为50:1。

所述视频采集模块包括摄像头、对远程图像数据进行采集和压缩编码处理的远程监控端和对视频的解码、显示、采集、编解码参数配置、图像显示方式和网络传输参数进行配置的本地控制端。

所述执行机构包括若干用于调整无人机飞行线路及飞行状态的电机；电机的控制端与上位机的控制信号输出端相连。

所述上位机和下位机均采用基于stm32单片机。

一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测方法，包括以下步骤：

1)将线路路径的坐标数据处理后打包预设置于上位机内，通过预设置的坐标数据与通过GPS模块实时获得的坐标数据不断进行校准，使得监控装置能按预定路线或按被监控人员操控进行巡线；

2)上位机控制位于监控装置底部的红外测温模块对下方区域进行测温，飞行高度h取决于获得的红外测温模块的距离系数及视频采集模块的最佳视角，距离系数K由测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标或线路直径S之比确定，根据不同线路的直径S得到测温仪到线路之间的距离D，即h＝D＝K*S，线路杆与杆的距离为s，最佳视角θ＝2arctan(s/2K*S)，监控摄像头具有自动调焦功能，视角会随着焦距的变化进行相应的变化，通过摄像头的自动调焦，获得最佳视角；

3)巡线前对辖区范围内各杆塔间的杆塔间距s进行实地测量统计，将杆塔间距s预先存入上位机内；巡线过程中分析GPS定位模块中坐标数据发生的变化算出行进的距离s1和飞行的速度v与时间t乘积得到的距离s2，两者不断进行求和平均之后得到行进距离s3；

4)t时间内，监控装置不断对巡视路径上的线路进行测温，依次采集到温度A1、A2、……、At，将行进距离s3与杆塔间距s不断进行比对，当行进距离s3与杆塔间距s相等时，对所采测得温度值A1、A2、……、At进行求和平均，即得到s距离内线路上的温度A，并开始获得温度值B1，以此类推，随着监控装置的巡视，将得到输电线路的温度值A、B、C、D、E……，将温度值通过GPRS模块发送给LabVIEW后台监控系统；

5)巡线过程中，装设于无人机底部的摄像头进行图像采集，将行进距离s3与杆塔间距s不断进行比对，当s3＝s/2时进行图像采集，获得图片a，如此获得的线路图片数据与步骤4)中得到的温度数据相对应，以此类推，随着监控装置的巡视，获得图片a、b、c、d、e……，上位机将获得的图片数据处理打包后通过GPRS模块发送给LabVIEW后台监控系统；

6)LabVIEW监控平台得到数据后进行分流处理，得到的温度数据放置对应的线路路径图上，对获得的影像数据进行解析以备调取，对电网运行参数进行实时显示，实时通过大数据对当前获得的数据进行分析并显示此时的电网运行风险指数，监控人员能够实时通过LabVIEW监控平台获得相应的数据。

影像信息通过一台监控装置进行多点监测获得，或者通过多台监控装置单点监测获得；监测后对获得的各点影像进行拼接处理，一旦获得的各项监测数据显示出某线路某段发生异常时，则通过预警信息及当前整条线路运行状态来调取相应段的现场影像数据，以此获得线路全面的运行状况。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明以Labview为基础的系统可以直观的看到此时线路的运行情况、温度、电网运行参数、现场影像等数据。将线路上的各单点温度数据通过处理与路径图合并，一旦某个数据发生异常，可以通过一个更为宏观的监测视角对故障的产生原因有一个更明了透彻的认知，不但可以利用大数据进行预警分析，也可以实时查看此时线路的实况图，使得解决方法更为彻底、全面，如此得到一个全新的监测方法。

【附图说明】

图1为监控示意图；

图2-1为本发明的结构框图；

图2-2为本发明的系统运行原理流程；

图3-1为线路温度数据获取示意图；

图3-2为线路影像数据获取示意图；

图4为影像采集流程图；

图5为LabVIEW配置串口；

图6为LabVIEW平台数据处理流程图；

图7为LabVIEW主界面结构图；

图8为图像拼接程序图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1-图8，本发明中监控装置和LABVIEW控制平台间通过GSM模块进行通讯，监测装置(无人机)携带红外测温装置、高清摄像机，并对其进行编号，多个电线杆或一个台区配备一个监测装置或者一个装置一次进行多点巡视，视区域大小而定(台区和台区，所和所，局和局联动)，此时可以同步得到一个片区的监控数据，得到的数据通过GSM通讯模块进行传输，利用Labview搭建的处理平台实时获取和处理数据，近可测温度，传输线路问题，远可观线路全景运行情况(环境)，数据叠加存储，并进行分析预警。

利用大数据平台进行分析当前数据情况下的运行安全指数。结合温度、天气状况、设备运行数据、外界影响情况、前几日及未来天气数据，综合得出风险指数并进行预警，告知工作人员进行对点处理，避免了盲目巡线及巡线不到位的情况。

如图2-1和图2-2所示，本发明电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统，包括无人机、设置于无人机上的监控装置以及LabVIEW后台监控系统，监控装置包括上位机以及均与上位机相交互的GPRS通讯模块、GPS定位模块、视频采集模块以及红外测温模块，上位机的控制端与无人机的执行机构相交互；LabVIEW后台监控系统包括与监控装置的GPRS通讯模块进行通讯的后台GPRS通讯模块、下位机以及LabVIEW监控平台；上位机通过GPRS通讯模块将红外测温模块采集到的温度信息发送给LabVIEW后台监控系统，LabVIEW后台监控系统根据采集到的温度信息对目标区域进行监测和预警。

监控装置现场采集的数据经过单片机处理之后通过GPRS通讯模块将数据发送至后台GPRS，后台监控系统通过LabVIEW编写的监控软件将数据从单片机中读出，根据程序将不同的数据放在对应的区域。同样，后台根据监控人员所要控制的监控装置将控制指令通过后台GPRS模块将数据发送至对应的监控装置，从而实现后台对监控装置的控制。

执行机构则是通过用户发送来的指令对监控装置的飞行路线及运行状态进行调整的模块。后台监控人员将控制指令通过后台GPRS模块将数据发送至监控装置，监控装置上的单片机对得到的数据进行分析处理，通过执行机构来控制相应的电机来实现远程操控。

红外测温模块，由光学系统、光电探测器、信号放大器及信号处理、显示输出等部分组成。其中温度传感器为VTIR5816型红外测温仪，具体参数为0～150摄氏度，距离系数比(即被测目标的距离与被测目标的直径之比)为50：1，测温仪放置于监控装置上，将探到的热信号转换为电信号，该信号经过放大器和信号处理电路，并按照模块内疗的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值，将此温度值通过主控制模块利用串口协议从红外测温模块中读出，读出后利用GPRS通讯模块将温度数据发送至后台。

视频采集系统，主要由远程监控端、本地控制端和网络传输三部分组成。远程监控端包括视频采集和视频编码，主要功能是对远程图像数据的采集和压缩编码，本地控制端主要包括视频解码，视频显示和本地控制，主要功能除了完成视频的解码和显示外还要对视频的采集、编解码参数的配置、图像显示方式以及进行参数的网络传输。

如图3-1所示，监控装置按照GPS初始设定的坐标进行路线巡视，监控装置上配备的红外测温模块获得监视区域里的温度数据，视频采集模块获得对应的图像数据，上位机stm32主控制模块通过串口协议分别将温度数据和图像数据从红外测温模块和视频采集模块中读出，然后单片机将读出的数据通过GPRS通讯模块发送至后台GPRS，后台单片机通过串口协议将数据从GPRS模块中读出，后台监控系统通过LabVIEW编写的监控软件将数据从单片机中读出，LabVIEW利用获得的数据进行处理分析，达到监测预警的功能。

如图3-2所示，本发明电网线路智能巡线及运行安全风险预测方法，包括以下步骤：

将线路路径的坐标数据处理后打包预设置于单片机的主控制模块内，通过预设置的坐标数据与通过GPS模块实时获得的坐标数据不断进行校准，使得监控装置能按预定路线或按被监控人员操控进行巡线。红外测温模块装设于监控装置底部，飞行过程中对下方区域进行测温，飞行高度h取决于获得的红外测温模块的距离系数及视频采集的最佳视角。事先对辖区范围内各杆塔间的距离进行实地测量统计，将各杆塔间的距离s预先存入控制模块内，巡线过程中分析GPS定位模块中坐标数据发生的变化算出行进的距离s1、飞行的速度v与时间t乘积得到的距离s2，两者不断进行求和平均之后得到小误差的行进距离s3。t时间内，监控装置不断对巡视路径上的线路进行测温，依次采集到温度A1、A2...At，将s3与杆塔间距离s不断进行比对，当s3与s相等时对所采测得温度值A1、A2...At进行求和平均，即得到s距离内线路上的温度A，并开始获得温度值B1，以此类推，随着监控装置的巡视，将得到输电线路的温度值A、B、C、D、E等，将温度值通过GPRS模块发送给后台监控系统，与监控平台上的路径图相对应，根据温度值的不同使相应的线路路径颜色不同，达到一个更直观更全面的监控视角。

如图4所示，视频采集模块的摄像头装设于监控装置底部，飞行高度h取决于获得的红外测温模块的距离系数及视频采集的最佳视角，将s3与杆塔间距离s不断进行比对，当s3＝s/2时进行图像采集，获得图片a，如此获得的线路图片数据与温度数据相对应，以此类推，随着监控装置的巡视，获得图片a、b、c、d、e，主控制模块将获得的图片数据处理打包后通过GPRS模块发送给后台监控系统。

如图5所示，要实现LabVIEW平台与下位机信息的通讯，首先配置VISA串口，一般的串口控制结构是配置(打开)串口、读写串口和关闭串口，配置好串口后，才能进行正确的通讯。

如图6和图7所示，LabVIEW平台得到数据后进行分流处理，得到的温度数据放置对应的线路路径图上，对获得的影像数据进行解析以备调取，对电网运行参数进行实时显示，实时通过大数据对当前获得的数据进行分析并显示此时的电网运行风险指数，监控人员可实时通过LabVIEW平台控制监控装置获得相应的数据。

如图8所示，整条线路的影像信息通过一台监控装置进行多点监测获得，也可以多台监控装置单点监测获得，之后对获得的各点影像进行拼接处理，一旦获得的数据显示线路某条线路某段发生异常时，即可通过预警信息及当前整条线路运行状态来调取相应段的现场影像数据，以此可以获得线路全面的运行状况，为排除故障提供一个更快捷、高效、准确的方法。图像合并技术，即将两个或两个以上的图像进行叠加或拼接的技术。labVIEW中的结构实现JPEG格式图像读取，利用图像位置的控制进行合并拼接，分别将得到的照片按名称解除捆绑，得到其他其各元素，再经过相应元素的合并，最后将所有元素进行捆绑，成为一个图像，再美观直接的由前面板显示出来。通过界面右侧的线路全景影像信息框的滚动条来查看拼接后的线路影像信息，下放的旋钮控制图片的放大与缩小。

配电网的大数据应具备丰富的数据源，主要来源于两个方面：一方面是电网本体采集数据，涉及电网规划、调度、运检、营销等多个业务，覆盖变电站、线路、台区、开关设备及电表等，应用系统包括配电自动化系统、调度自动化系统、电能质量监测管理系统、电力生产管理系统(PMS)、地理信息系统(GIS)、用电信息采集系统、配电负荷监控系统、营销业务管理系统、ERP系统、95598客服系统等数据；另一方面为相关信息包括气象信息系统、温度数据、节假日等，还有部分潜在相关信息包括经济社会类数据、交通数据、节假日等。这些信息位于配电网的不同位置，由于采集数据侧重点和结构都不同，不同应用系统信息相互关联，部分数据存在一定程度的重复和交叉，需要进行数据分类挖掘、抽取和清洗，然后进行统计和聚类分析。

目前，常规评估方法主要通过核心数据来确定配电分量因素的权重，采用模糊判断等方法进行状态评估。大数据分析可以在充分利用核心数据的基础上，充分挖掘非核心数据对核心数据的影响，从而间接地分析对配电网运行状态造成的影响。

本发明的核心数据为线路温度数据、电网运行参数、气象数据，非核心数据为各线路参数、设备故障次数及使用年限、采集的影像数据。将获得的数据信息利用电力大数据平台进行分析预测，将预测信息显示在平台界面，并通过GPRS模块发送给相应的运维监控人员，以此达到监控预警功能。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测方法，该方法基于一种电网线路智能巡线及运行安全风险预测系统，所述系统包括无人机、设置于无人机上的监控装置以及LabVIEW后台监控系统，监控装置包括上位机以及均与上位机相交互的GPRS通讯模块、GPS定位模块、视频采集模块以及红外测温模块，上位机的控制端与无人机的执行机构相交互；LabVIEW后台监控系统包括与监控装置的GPRS通讯模块进行通讯的后台GPRS通讯模块、下位机以及LabVIEW监控平台；上位机通过GPRS通讯模块将红外测温模块采集到的温度信息发送给LabVIEW后台监控系统，LabVIEW后台监控系统根据采集到的温度信息对目标区域进行监测和预警；

所述红外测温模块包括温度传感器、光学系统、光电探测器、信号放大器、信号处理电路以及显示输出单元；温度传感器采用VTIR5816型红外测温仪，温度区间为0～150℃，距离系数比为50:1；所述视频采集模块包括摄像头、对远程图像数据进行采集和压缩编码处理的远程监控端和对视频的解码、显示、采集、编解码参数配置、图像显示方式和网络传输参数进行配置的本地控制端；所述执行机构包括若干用于调整无人机飞行线路及飞行状态的电机；电机的控制端与上位机的控制信号输出端相连；所述上位机和下位机均采用基于stm32单片机；其特征在于，所述方法包括以下步骤：

1)将线路路径的坐标数据处理后打包预设置于上位机内，通过预设置的坐标数据与通过GPS模块实时获得的坐标数据不断进行校准，使得监控装置能按预定路线或按被监控人员操控进行巡线；

2)上位机控制位于监控装置底部的红外测温模块对下方区域进行测温，飞行高度h取决于获得的红外测温模块的距离系数及视频采集模块的最佳视角，距离系数K由测温仪探头到目标之间的距离D与被测目标或线路直径S之比确定，根据不同线路的直径S得到测温仪到线路之间的距离D，即h＝D＝K*S，线路杆与杆的距离为s，最佳视角θ＝2arctan(s/2K*S)，监控摄像头具有自动调焦功能，视角会随着焦距的变化进行相应的变化，通过摄像头的自动调焦，获得最佳视角；

3)巡线前对辖区范围内各杆塔间的杆塔间距s进行实地测量统计，将线路杆与杆的距离s预先存入上位机内；巡线过程中分析GPS定位模块中坐标数据发生的变化算出行进的距离s1和飞行的速度v与时间t乘积得到的距离s2，两者不断进行求和平均之后得到行进距离s3；

4)t时间内，监控装置不断对巡视路径上的线路进行测温，依次采集到温度A1、A2、……、At，将行进距离s3与杆塔间距s不断进行比对，当行进距离s3与杆塔间距s相等时，对所采测得温度值A1、A2、……、At进行求和平均，即得到s距离内线路上的温度A，并开始获得温度值B1，以此类推，随着监控装置的巡视，将得到输电线路的温度值A、B、C、D、E……，将温度值通过GPRS模块发送给LabVIEW后台监控系统；

5)巡线过程中，装设于无人机底部的摄像头进行图像采集，将行进距离s3与杆塔间距s不断进行比对，当s3＝s/2时进行图像采集，获得图片a，如此获得的线路图片数据与步骤4)中得到的温度数据相对应，以此类推，随着监控装置的巡视，获得图片a、b、c、d、e……，上位机将获得的图片数据处理打包后通过GPRS模块发送给LabVIEW后台监控系统；

6)LabVIEW监控平台得到数据后进行分流处理，得到的温度数据放置对应的线路路径图上，对获得的影像数据进行解析以备调取，对电网运行参数进行实时显示，实时通过大数据对当前获得的数据进行分析并显示此时的电网运行风险指数，监控人员能够实时通过LabVIEW监控平台获得相应的数据。

2.根据权利要求1所述的电网线路智能巡线及运行安全风险预测方法，其特征在于，影像信息通过一台监控装置进行多点监测获得，或者通过多台监控装置单点监测获得；监测后对获得的各点影像进行拼接处理，一旦获得的各项监测数据显示出某线路某段发生异常时，则通过预警信息及当前整条线路运行状态来调取相应段的现场影像数据，以此获得线路全面的运行状况。